非接觸智能卡摩托車鏈輪鎖的設計

文章出處：http://www.xujuanpiju.com 作者：孫秀芳等   人氣： 發表時間：2011年09月22日

非接觸智能卡摩托車鏈輪鎖的設計 

作者：孫秀芳 ，劉安軍，劉俊生 ，孫建功 

引言 

    非接觸智能卡(Contactless Smart Card，CLSC)，又稱射頻卡，具有無機械磨損、容易維護、方便使用等優點，目前在身份識別、信用服務、自動控制、安全防范等領域得到了廣泛應用，如我國第二代身份證、門禁控制系統(Door Access System)、高速公路不停車收費系統、水，電，氣三表收費系統、停車場、地鐵、出租車收費系統、銀行服務“一卡通”等．尤其在安防領域，非接觸IC卡與鎖具有機結合，可以形成各種智能鎖具．作者在系統研究了非接觸智能卡技術的基礎上，對其在摩托車鏈輪鎖具中的應用進行了探討． 

一、 非接觸智能卡的工作原理及特性 

    IC智能(射頻)卡采用先進的芯片制造工藝制作，內建有高速的CM0S EEPROM，MCU．卡片上除了IC微晶片及一副高效率天線外，無任何其它元件．卡片上無電源(不需要電池)，工作時由卡片讀寫系統的天線發送電磁波耦合到卡片上的天線而產生磁、電能轉換，達到2 V以上時卡片上IC開始工作，不需要另外提供電源就可以完成相關數據的互相傳遞．
 
    非接觸智能卡具有很多優點：可在免接觸條件下進行數據傳遞，因而避免了因接觸讀寫數據而產生的故障；操作方便，可在5～2O0 cm范圍內進行數據傳遞，安全、可靠；提供有只讀方式卡和讀寫方式卡以適應不同需要；保密性強，芯片在生產中固化特殊密鑰數碼群中之一組密碼信息，代表了持卡人的身份識別，而且是唯一的，無法破譯，具有極高的保密性；壽命長，可靠性高，讀寫次數可達10萬次以上，且數據可保持10年以上；抗靜電保護能力達到2 kV以上；無電源，可長期使用，避免了更換電池的麻煩；卡片的芯片體積小，只有4 mm×8 mm×1 mm，可以根據需要制成各種樣式，例如名片式、匙牌式、飾物式或其它隱藏樣式，不僅有裝飾性，攜帶方便，而且又有很好的保密性、隱蔽性．非接觸智能卡與主機的讀寫識別系統在進行數據傳輸時通過無線電波進行傳遞，要由高頻無線接收／發射電路來完成，電路包括振蕩、分頻、功放、解調、濾波、放大等部分，工作頻率分為低頻段(125～134kHz)、高頻段(13．56 MHz)、超高頻段(868 915 MHz)和微波段(2．45 GHz)多個頻段．在應用中，一般將這一部分電路固態化，稱為“讀卡模塊”，使整個系統在應用時簡化．按照不同的性能和要求，讀卡模塊分為多種型號，例如按指向可分為無指向型、寬指向型、窄指向型；按感應距離分為近距型、中距型、遠距型；按頻率分為低頻段、高頻段、超高頻段、微波段；按數據存取方式分為只讀卡、讀寫卡等．讀卡模塊可將數據進行雙向傳遞，發射數據到非接觸智能卡，接收到的非接觸智能卡數據可通過數據輸出端送到由單片機構成的控制系統或計算機的相關系統進行后續處理． 
 
    由于非接觸智能卡具有許多優點，因此很快得到了廣泛的應用，但它也存在以下幾個方面的問題： 

    (1)系統價位比較高．在對價格不敏感的領域應用相對要多一些，距離普及所要求的價位還有很大的降價空間，必須降到廣泛普及能夠接受的價位．實際上，隨著技術的不斷提高，單機系統直接成本已經比較低，要進行大面積推廣，只要降低“高附加值”部分，價位就可以大幅度降低．
 
    (2)應用技術上還有很大的改進的空間．應用過程中開發費用高，而且應用軟件開發和硬件設計都有重復開發、重復設計部分，費時、費力、費資金．把系統軟件、功能部件等軟、硬件標準化、模塊化，并且產品化、產業化，可以大大降低開發費用，減少先期投資和開發時間，降低開發費用，同時降低技術使用門檻，有利于應用人員接受和大面積推廣使用． 

    (3)應用意識要進一步提高．可以應用的領域和產品遠不止上述幾個方面，普及非接觸智能卡知識、提高各行各業專業技術人員技術應用能力以及增強非專業人員應用意識都是非常重要的． 

二、射頻識別原理 

    射頻識別技術(即Radio Frequency Identification，以下簡稱RFID)是2O世紀9O年代興起的一項自動識別技術，它利用無線射頻方式進行非接觸雙向通信以達到識別目的并交換數據。典型的RFID系統由電子標簽(Tag)、讀寫器(Read／write Device)以及數據交換、管理系統等組成．電于標簽也稱射頻卡，它具有智能讀寫及加密通信的能力．讀寫器由無線收發模塊、大線、控制模塊及接口電路等組成．射頻識別是無源系統，即電子標簽內不含電池，電子標簽工作的能量由讀寫器發出的射頻脈沖提供．電于標簽接收射頻脈沖，整流并給電容充電．電容電壓經過穩壓后作為工作電壓．數據解調部分從接收到的射頻脈沖中解調出數據并送到控制邏輯．控制邏輯接受指令完成存儲、發送數據或其它操作．EEpROM用來存儲電子標簽的用戶ID號及其它用戶數據． 

    非接觸智能卡中的射頻識別技術在身份識別領域得到了廣泛應用，已日臻成熟．
 
三、非接觸智能卡摩托車鏈輪鎖具 

    作者介紹了非接觸智能卡摩托車鏈輪鎖具，是非接觸智能卡身份識別技術在安防領域智能鎖具中的一種應用，實際制作方便、成本低，直接材料成本不超過5O元人民幣，此外還可以做成多種人們喜歡的外形，物美價廉，有很高的使用價值和廣闊的市場前景．
 
    目前使用的摩托車鏈輪鎖具采用常用的有鑰匙的機械鎖頭開鎖技術，將一個強度很高的鎖柱卡在鏈輪上使鏈輪卡死，從而鎖定摩托車后輪無法轉動，達到防止非法移動、被盜的目的．原鎖的整體外形結構完整，很難破壞，鎖柱卡鏈輪的原理在實際運用中被證明也是確實可行的，但摩托車被盜仍屢有發生，問題就出在機械鎖頭上．雖然人們常說“一把鑰匙開一把鎖”，但實際上鑰匙的重碼率太高，即便是采用“十字式”的鑰匙，其保密性也是非常有限的．采用有鑰匙的機械鎖頭的方法存在鑰匙鎖具有的通病，很容易被撬開，鎖具自身的安全性能太差，防盜作用效率很低，根本無法達到期望的目的，無法滿足廣大客戶的要求． 

    作者采用一種無源加密存儲器只讀方式的智能卡。主要將非接觸智能卡“身份識別”的特性和傳統的摩托車鏈輪鎖具有機結合，形成“鎖”的智能識別功能．將每個用戶的ID和其它信息存入電子標簽，通過用戶驗證是否有效來驅動鎖具的開合，克服普通鑰匙重碼率高的弊病，提高鎖具自身的安全性能，增強防盜能力，達到經濟可靠的目的．圖1為鎖體結構示意圖． 

    圖1中，鎖芯處在“鎖住”位置，鎖芯伸出部分將摩托車鏈輪卡死，卡位擋片與鎖芯焊接為一個整體．外殼用大于2 mm鋼板成型焊接為一個整體，后蓋板用大于2 mm鋼板制成，用緊固件與外殼連接為一體，用來保護內部結構和電路各部分不被破壞，后蓋板與摩托車后軸相關部分連接和固定．接收線圈封裝在一個工程塑料外殼內，固定在外殼的外側．圖2是一個外形為鑰匙鏈飾物式非接觸智能卡片． 

    非接觸智能卡片的卡芯很小，可以封裝在卡片內或各種造型的小飾件內，有較好的隱蔽性，與鑰匙鏈連在一起隨身攜帶 
非常方便，而且美觀大方．為了防潮、防塵、防破壞，用封裝專用膠將控制系統封裝為一個整體，僅用留出的導線分別與接收線圈、電磁鐵和摩托車電源連接，讀卡模塊外形如圖3所示．

    非接觸智能卡控制系統的電路圖如圖4所示。鎖車過程：鎖車時，用手按下鎖芯靠近外端的端頭，卡位擋片隨同鎖芯滑動至低于鐵芯時，鐵芯在鐵芯復位彈簧的推動下抵住鎖芯，當手放開鎖芯時，鎖芯在鎖芯復位彈簧的彈力作用下返回，但由于鐵芯擋控制電路住卡位擋片，鎖芯被阻止返回，鎖芯伸出部分卡在摩托車鏈輪的缺口上，摩托車后輪被鎖死，完成鎖車過程． 

    開鎖過程：當打開摩托車電源開關鎖，非接觸智能卡控制系統得到電源開始工作，當非接觸智能卡片靠近接收線圈1O0 ITIITI以內時，接收線圈接收到該卡片內數據信息送到接收模塊，接收模塊輸出卡片信息數據到IC3，對該卡片相關密碼信息進行身份識別，當識別到不是合法卡片時，不進行開鎖過程；當識別到是合法卡片時，IC3的9腳輸出高電平發出開鎖信號，TR2導通，J1吸合接通電磁鐵的電源，電磁鐵產生電磁場力把鐵心拉人線圈內，“鎖死”狀態時被擋住的卡位擋片被放開，在鎖芯復位彈簧的作用下，鎖芯復位，放開被卡住的摩托車鏈輪，完成開鎖過程． 

四、結束語 

    非接觸智能卡在免接觸條件下完成開鎖，智能卡內部芯片包含有唯一的序列密碼，無法破譯，代表持卡人的身份標識，只有識別正確時才能發出開鎖信號．由于不用傳統鑰匙，開鎖時不接觸鎖具，在機械執行部分設計時充分考慮了安防措施，鎖具全封閉，鎖芯安裝隱蔽，因此具有較高的安全性、可靠性，并使鎖具整體防破壞性能大大提高．在電路改動不大的情況下可以應用到多種車輛各個部位的安全防范上．

參考文獻 

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